临床上利用免疫疗法治疗多种转移癌，例如黑色素瘤、非小细胞肺癌和肾细胞癌，展现出优异的治疗效果。然而，仅有一小部分患者对T细胞检查点阻断治疗有响应。因此，迫切需要研发更为有效的免疫治疗策略，使更多癌症患者受益。尽管，目前大多数肿瘤免疫治疗策略集中于单一利用适应性免疫，但越来越多的研究者发现，先天性免疫和适应性免疫协同参与，才能产生最佳的抗肿瘤效果。

天然免疫系统是人体抵抗病原入侵的第一道防线，来源于DNA病毒、细菌以及自身损伤细胞的DNA能够被胞质内的DNA-sensing receptor识别，目前已发现DNA-sensing-receptor主要有TLR9、AIM2、cGAS三种蛋白，其中cGAS的功能最为重要。cGAS在识别胞内双链DNA后可以激活下游STING（stimulator of interferon genes）蛋白，使STING蛋白构象发生改变，进一步诱导产生I型干扰素，并激活细胞毒性CD8⁺T细胞。天然cGAS激动剂，如环状二核苷酸（CDN），可激活cGAS-STING通路，但它们的临床转化受到细胞溶质进入和血清稳定性差、特异性低和组织清除快的阻碍。因此，使用cGMP有效激活STING的策略将极大的促进其在癌症治疗中的临床应用。

图1 纳米复合物修饰的微囊泡靶向APC细胞表面CD11b

作者报道了一种微泡辅助超声引导的癌症免疫治疗策略(MUSIC)，它使用靶向抗原提呈细胞(APC)的纳米复合体结合微泡(ncMBs)，通过超声(US)引导的释放和激活STING有效地将cGAMP输送到胞浆中(图1a，b)。

尽管超声反应性微囊泡已被广泛应用于质粒DNA转染肿瘤细胞，但尚未证实用于输送稳定性更差的RNA。另外，在不损害MBs功能的前提下，修饰其表面以增强负载量仍然是个挑战。因此，为了最大限度地提高cGAMP的负载量，合成了精胺修饰的葡聚糖(SpeDex)，将其硫化并连接到含马来酰亚胺的MBs表面(图1c)。接着通过巯基-马来酰亚胺反应偶联APC靶向抗体anti-CD11b（cMBs）。巯基-马来酰亚胺偶联反应是高效的，超过99%的MBs表面同时结合了SpeDex和aCD11b，形成了SpeDex和aCD11b偶联的MBs (cMBs)，平均尺寸为2.6 μm，每cMB约有30万个抗体(图1d)。随后通过两种策略，即直接在cMBs中添加cGAMP或构建cGAMP-SpeDex纳米复合物再利用MBs进行搭载构建ncMBs，搭载效率均大于98%。通过抗原抗体结合反应，ncMBs高效结合并转运至CD11b+ APC胞质中，展现出高偶联效率、高cGAMP搭载率、APC特异靶向性以及高效APC胞质递送等优势。

图2 ncMBs (MUSIC)靶向APCs的声波操作诱导体外STING-IRF信号通路的激活

然后作者将ncMBs分别与小鼠BMDMs，STING-/-小鼠BMDMs以及人巨噬细胞THP-1体外共孵育，目的是为了验证MUSIC是否激活APCs中STING，进而激活IRF3和下游炎性反应。由图2可以看出，实验结果显示：MUSIC诱导STING和IRF3磷酸化，而在敲除STING的小鼠BMDMs中并未发现，说明STING介导了下游炎性级联反应。

然后进一步，作者为了进一步确认MUSIC是否通过激活APCs中STING信号通路，诱导T细胞增殖活化并产生抗肿瘤免疫效应，他们将BMDMs与OVA肽共孵育，并给与MUSCI处理。发现MUSIC处理后CD8+T细胞和CD4+T细胞活化增强。

图3 MUSIC激活小鼠原发性乳腺癌的STING信号和T细胞反应

图4 MUSIC激活STING介导的抗肿瘤免疫

由图3、4，基于MUSCI体外的高效STING通路激活效率，作者在小鼠原位乳腺癌模型中进一步评估MUSIC体内抑制肿瘤生长的能力。发现MUSIC抑制并消除肿瘤生长并延长小鼠生存时间，但在STING-/-小鼠中无肿瘤抑制效果。

然后为了进一步验证MUSCI治疗是否诱导产生抗肿瘤免疫记忆，作者收集治疗后小鼠肿瘤和脾脏组织，通过流式分析和EO771肿瘤细胞激发试验，证明MUSIC治疗后，效应记忆细胞和中心记忆细胞均有增殖，并产生大量IFN-γ。

IFN-γ已被证实可以激活免疫检查点蛋白如PD-L1的表达。研究人员在MUSCI治疗组肿瘤组织中检测到95%以上的CD8+ T细胞高表达PD-1，同时PD-L1表达与肿瘤组织中IFN-γ水平呈正相关，因此MUSIC不仅激活先天性免疫和适应性免疫反应，同时提供了联合免疫检查点阻滞剂协同治疗的可能性。

图5 MUSIC激活全身抗肿瘤免疫抑制乳腺癌转移

最后，为了进一步探讨MUSCI治疗是否能够将免疫细胞抑制型肿瘤，尤其是那些高侵袭性、广泛转移的“冷”肿瘤，转化为对PD-1阻滞剂敏感的“热”肿瘤，作何将MUSCI联合anti-PD-1抗体，用于治疗小鼠自发转移的三阴性乳腺癌。

由实验结果图5能够看出，联合治疗后，不仅原发肿瘤生长得到有效控制，与单一治疗相比，小鼠中位生存时间延长了76%，肺转移结节减少了60%。此外联合免疫检查点抑制剂治疗后，小鼠肿瘤组织和血清中的1型IFN水平显著提高，同时CD8+T细胞和CD4+T细胞浸润比例显著上升，肿瘤组织浸润淋巴细胞中记忆T细胞比例增加。这些数据表明，MUSIC联合PD-1阻断剂治疗后，与单一MUSIC和单一PD-1阻断剂治疗相比，其肿瘤组织免疫和全身免疫激活均有大幅提升。

总之，综上所述，低效率的细胞摄取和全身毒性是STING激动剂临床应用的主要限制因素。MUSIC平台首次通过使用FDA批准的微囊泡超声造影技术，以有针对性的方式增强STING激活，从而克服上述限制。通过探究MUSIC在原发性肿瘤中产生的激活STING信号通路、I型IFN反应和启动抗原特异性T细胞的作用机制，作者确定了一种以最小毒性效应激活先天性和适应性抗肿瘤免疫反应的策略。MUSIC为开发图像引导的免疫疗法提供了新的思路，通过使用声学响应生物材料，实现高效、靶向和强大的免疫激活，以产生有效的抗肿瘤效果，同时将全身毒性降至最低。与此同时，MUSCI平台具有多功能性，将应用于其他免疫激动剂的靶向递送，如基于核苷酸的疫苗、mRNAs和其他针对多种人类疾病的基因疗法。这将为MUSIC转化为临床应用，造福癌症患者带来福音。

本文作者：WYX

责任编辑：F C

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41565-022-01134-z

DOI：10.1038/s41565-022-01134-z